Привычные вещи

Многие вещи настолько привычны, что кажется, они существовали всегда. Мы пользуемся ими, не задумываясь, а ведь еще сравнительно недавно обыденные предметы были новинкой, технологическим прорывом. Во времена Наполеона III дамы высшего света заказывали у самых знаменитых ювелиров колье и подвески из алюминия. И эти вещицы обходились дороже золота! А давно ли мобильные телефоны, компьютеры и жидкокристаллические мониторы были реквизитами из фантастических фильмов? Да мало ли примеров можно еще привести.

Именно такой обыденной вещью уже стали окна из пластика. Казалось бы, ну что может быть интересного в обыкновенном окне из ПВХ? Да, сквозняков нет, открывается в разных плоскостях, рама красивая, мыть легко… Подумаешь, достижения! Куда как далеко от полетов на Марс и нанотехнологий. Спорить не будем. Но скажем только, что если внимательно приглядеться к самому заурядному предмету, можно открыть массу нового и интересного.

 Биография пластика

Начнем с названия. Все уже привыкли к сочетанию «ПВХ-профиль». Однако, мало кто, кроме химиков знает, что обозначает эта странная аббревиатура – «ПВХ». Между тем, эти буквы составляют сокращенное название полезнейшего материала – поливинилхлорида.

История его открытия интересна и, если это слово применимо к химическому соединению, драматична. Его открывали и забывали, затем снова открывали. В итоге у этого довольно простого соединения оказалось четыре создателя, а признание затянулось больше чем на век.

Впервые его получил в 1835 году французский инженер и химик Анри Виктор Реньо. Он исследовал свойства ацетилена и первый догадался пропустить его через соляную кислоту. Он же описал дальнейшую полимеризацию, но не сумел ничего сделать с белыми крупинками поливинилхлорида и прекратил исследования. Следующее обращение к удивительному материалу произошло уже в 1878 году, но и эти опыты не получили развития.

Дальше история напоминает экономический детектив: в конце ХIХ века несколько предпринимателей решили, что будущее в освещении городов – за ацетиленом (был открыт простой и дешевый способ синтеза этого горючего газа). Они запустили многотоннажное производство карбида, но технический прогресс сыграл с ними злую шутку. Были изобретены мощные генераторы электрического тока и города действительно осветились, но не ацетиленовыми горелками, а электрическими лампочками.

Предприниматели обанкротились, а огромные запасы карбида были распроданы подешевке к радости химиков-исследователей. В 1912 году один из этих исследователей, служащий химической фирмы «Грайсхайн Электрон» Фриц Клатте, обработал ацетилен хлороводородом и поставил получившийся раствор на полку. Через некоторое время он обратил внимание на выпавший осадок. Поскольку в то время химия уже много знала о строении вещества, он понял, что получил полимер, производное хлорида этилена (чаще называемого винилхлоридом) и описал его. О работах Реньо он, по всей видимости, не подозревал.

Фирма запатентовала вещество в Германии, но практического применения ему так и не нашла, и в 1925 году срок патента истек. По иронии судьбы в следующем, 1926 году, на другом континенте американский химик Уолдо Силон, работавший на компанию «Б.Ф.Гудрич», также занимался исследованиями ацетилена, тоже получил полимер и вновь описал его. Компания запатентовала поливинилхлорид уже в Америке, но в отличие от немцев достаточно быстро придумала способ его применения – его предложил сам Силон, порекомендовав делать из нового материала занавески для ванных комнат.

Дальнейшая судьба вещества сложилась удачно – в 1931 году концерном BASF было запущено первое многотоннажное производство, и из ПВХ стали делать буквально все – начиная от детских бутылочек и кончая деталями автомобиля.

 Дешево и качественно

В середине ХХ века победное шествие поливинилхлорида докатилось и до производства окон. Вначале в США, а потом в Германии были запатентованы первые оконные профили с использованием ПВХ. Вначале они представляли собой довольно сложную составную конструкцию из металла, облицованную мягким полимером и лишь несколько позже с изобретением различных модифицирующих добавок к ПВХ начался выпуск полностью пластиковых окон.

Такое широкое применение ПВХ обусловлено многими причинами, из которых главными можно назвать две: его замечательные физико-химические свойства и дешевизну, что позволило наладить массовый выпуск очень качественных окон. Что касается дешевизны, то она обусловлена простотой современного способа получения вещества из обычной поваренной соли и этилена – продукта переработки нефти.

А вот над достижением приемлемых физико-химических свойств химикам пришлось немало поработать. С одной стороны, поливинилхлорид – вещество весьма устойчивое к возгоранию. При нагревании молекулы полимера вступают в реакцию с кислородом воздуха, при этом из ПВХ выделяется хлороводород, который и гасит пламя.

Однако это свойство, очень удачное для противопожарных мероприятий, имеет, как всегда, и обратную сторону – чистый полимер начинает разрушаться уже при 100?С. А это сильно сужает возможности переработки (она обычно ведется при довольно высоких температурах). Для повышения, как говорят химики, пиростабильности, то есть устойчивости к нагреву, а также для устойчивости к солнечному свету и деформации, были придуманы специальные добавки – стабилизаторы.

За время развития производства ПВХ разработано много видов стабилизаторов, но наибольше распространение в силу дешевизны и эффективности получили органические соли свинца. После введения в ПВХ соли эти совершенно безвредны, поскольку находятся в связанном состоянии. Однако сам процесс производства свинцовосодержащих стабилизаторов и переработки отходов ПВХ может представлять опасность для окружающей среды и здоровья персонала. В связи с этим Комиссия Евросоюза по охране окружающей среды предложила к концу 2005 года свести к минимуму использование свинца и других тяжелых металлов

 Удобный материал

Добившись стабильности поливинилхлорида, исследователи и производственники по достоинству оценили его качества: высокую механическую прочность, износоустойчивость, химическую инертность и устойчивость к погодным явлениям, малую усадку (это свойство позволяет сохранять первоначально заданные размеры) и удобство механической обработки. Кроме того, ПВХ может многократно перерабатываться, что крайне важно для охраны окружающей среды.

Для производства профилей из ПВХ были применены специальные химические машины – так называемые экструдеры. Эти сложные, высокоавтоматизированные агрегаты напоминают известную всем мясорубку. Здесь тоже есть шнек (правда, не один), а вместо сетки стоят специальные фильеры, которые и образуют заданный инженерами профиль готового изделия.

Процесс производства довольно прост: в нагреваемый цилиндр, где вращаются два шнека, поступает гранулированный полимер с добавками (модификаторами, пигментами и стабилизаторами). Шнеки перемешивают поступающий материал, одновременно перемещая его в разогретую часть машины, где он превращается в однородный расплав. Затем полученный расплав поступает на фильеру, где формуется и первично охлаждается в вакуумном калибраторе. После этого уже готовый профиль передается на участок вторичного охлаждения, там на него подается холодная вода. Следующий узел механизма равномерно вытягивает профиль с участка вторичного охлаждения, после чего на него наклеивается защитная пленка и он поступает в конец производственной линии, где установлено специальное режущее устройство, отделяющее профиль необходимой длины.

Основным требованием экструзионной технологии является высочайшая культура производства. Дело в том, что получаемый профиль имеет очень сложно организованную и рассчитанную пространственную структуру, и малейшее несоблюдение заданных режимов приводит к его искривлению и потере заявленных качеств. Вообще, в производстве профилей важна крайняя педантичность и аккуратность, не случайно мировыми лидерами в их создании по праву считаются немцы.

 Экология и пластик

Существует довольно предвзятое мнение о том, что, дескать, пластиковые окна неэкологичны, поскольку сделаны из искусственного материала. Однако неэкологичность ПВХ во многом надумана. Его производство не вредит окружающей среде, он химически инертен (применяется даже в медицине), а, кроме того, как уже говорилось, относится к трудновоспламеняемым и самогасящимся материалам. Это значит, что он не может гореть без источника огня (в отличие от дерева). Вообще, сравнение ПВХ с другим популярным материалом для изготовления окон - деревом по ряду потребительных и экологических параметров может быть далеко не в пользу последнего.

В настоящее время вместо капризного в обработке цельного дерева для производства деревянных окон используют, в основном, клееный брус. Причем, технология его производства не отличается экологичностью, поскольку включает применение немалого числа сложных химических соединений.

В частности, чтобы нивелировать такое опасное свойство дерева, как горючесть, его обрабатывают специальными веществами – антипиренами. Кроме того, чтобы защитить материал от влаги и гнилостных грибков, его также пропитывают водоотталкивающими и противогнилостными составами. Таким образом, современный клееный брус имеет не больше прав называться природным материалом, чем пластик.

Помимо этого, стоит вспомнить, что при производстве ПВХ не срубается ни одного дерева. А отходы ПВХ и оконные конструкции, отработавшие свой срок, могут быть полностью переработаны до пяти раз, что исключает загрязнение окружающей среды.

Что касается срока службы ПВХ-профилей, то приведем один пример – недавно в Германии демонтировали окно, установленное в 1964 году. Нельзя сказать, что оно выглядело, как новенькое, но служило вполне исправно и могло простоять еще как минимум лет тридцать.

 Подытоживая нашу статью, можно смело сказать, что такой привычный и знакомый пластик может быть действительно незаменимым для производства необходимых вещей и предметов. Более того, мы все чаще убеждаемся в том, что продукты высоких технологий, в том числе и химии, не только абсолютно безвредны, но даже экологичнее многих природных материалов.